Development of a chemical analysis concept for substances derived from coal and petroleum stream

Abstract

Die Charakterisierung von erdöl- und kohlehaltigen Stoffen und Erzeugnissen ist derzeit herausfordernd, da keine standardisierten Analysemethoden verfügbar sind, die der Komplexizität der Stoffe und Produkte gerecht werden können. Ziel dieses Projekts war es daher, einen analytischen Ansatz zu entwickeln, der auf eine Auswahl von Erdöl- und Kohleprodukten angewendet werden kann und dabei diejenigen Konstituenten (engl. constituents) oder Konstituentengruppen (engl. constituents groups) zu identifizieren, die für die Umwelt und die menschliche Gesundheit besorgniserregend sein könnten. Es wurden drei Analyseplattformen verwendet und für insgesamt 128 Konstituenten und 46 Konstituentengruppen validiert. Die Gruppen repräsentieren gesättigte Kohlenwasserstoffe, Aromaten, schwefelhaltige polyaromatische Kohlenwasserstoffe (SPACs) sauerstoffhaltige (O)PACs, stickstoffhaltige (N)PACs und Säuren. Die drei analytischen Plattformen waren GC-MS/SIM, GC*GC-HRMS und SFC-ESI-HRMS. Die Validierung der Methoden ergab ausgezeichnete Ergebnisse, und alle Methoden eignen sich für Inhaltsstoffe, die in PetCo-Produkten in niedrigen ppb-Werten vorhanden sind. Basierend auf einer detaillierten Literaturrecherche zu PetCo-Produkten wurden fünf PetCo-Produkte für weitere Analysen ausgewählt, die ein breites Spektrum von Konstiuenten und Konstiuentengruppen in PetCo-Produkten repräsentieren. Bei den fünf PetCo-Produkten handelte es sich um Asphalt, Autowachs/Politur, Kohlenteer, Schmieröl und Reifenpyrolyseöl. Insgesamt wurden 24 Proben mit Hilfe der drei Analyseplattformen untersucht. Die chemische Analyse ergab eine große Variabilität in der chemischen Zusammensetzung und der Gesamtkonzentration von Konstituenten und Konstituentengruppen, sowohl innerhalb als auch zwischen den Produkttypen. Die größte Fraktion, die in einer der Proben quantifiziert wurde, erreichte 36 %. (w/w). Dieses Projekt empfiehlt GC*GC-HRMS als auch SFC-ESI-HRMS für die Quantifizierung von Konstituenten und Konstituentengruppen in PetCo-Produkten zu verwenden, da beide Methoden zusammen die größte Anzahl von Bestandteilen in PetCo-Produkten erfasst. Quelle: Forschungsbericht

Characterisation of petroleum and coal (PetCo) based substances and products is currently challenging due to the lack of standard analytical methods that can adequately address the complexity of the substances and products. The aim of this project was therefore to develop an analytical concept to be applied on a selection of PetCo products, to identify those constituents or constituent groups that might be of concern for the environment and human health. Three analytical platforms were developed and validated for a total of 128 constituents and 46 constituent groups representing saturates, aromatics, SPACs, OPACs, NPACs and acids. The three analytical platforms were GC-MS/SIM, GC*GC-HRMS, and SFC-ESI-HRMS. The validation of the methods showed excellent results and all methods are applicable for constituents present at low ppb levels in PetCo products. A literature review of PetCo products was conducted and five PetCo products were chosen that represented a wide spectrum of constituents and constituent groups present in PetCo products. The five PetCo products were asphalt, car wax/polish, coal tar, lubricating oil, and tyre pyrolysis oil and a total of 24 samples were analysed by the three analytical platforms. The chemical analysis revealed great variability in chemical composition and total concentration of constituents and constituent groups, both within and between product types. The largest fraction of any sample that was quantified reached 36 % (w/w). The recommendation from this project is to use both GC*GC-HRMS and SFC-ESI-HRMS for the quantification of target constituents and constituent groups in PetCo producst as these two methods combined will cover the largest number of constituents present in PetCo products. Quelle: Forschungsbericht

Petroleum and coal (PetCo) based substances are usually of complex composition. This makes their analytical characterisation challenging. The aim of this project was to develop an analytical concept to be applied on a selection of five PetCo products, to identify those constituents or constituent groups that might be of concern for the environment and human health. Three analytical platforms were developed and validated for a total of 128 constituents and 46 constituent groups representing saturates, aromatics, SPACs, OPACs, NPACs and acids. The validation of the methods showed excellent results and all methods are applicable for constituents present at low ⁠ppb⁠ levels in PetCo products. The chemical analysis revealed great variability in chemical composition and total concentration of constituents and constituent groups, both within and between product types.